Jak działają generatory azotu i gdzie znajdują swoje zastosowanie?

Istnieje wiele procesów produkcyjnych w przemyśle i nie tylko, w których wykorzystanie sztucznie wytworzonego azotu jest niezbędne. Poszczególne firmy stale poszukują nowych i opłacalnych rozwiązań w kontekście pozyskiwania cennego pierwiastka chemicznego. Jednym ze sposobów efektywnego otrzymywania tego związku jest montaż generatora azotu na terenie swojego zakładu. O tym, czym dokładnie są te urządzenia, jak funkcjonują i gdzie najczęściej znajdują swoje zastosowanie, porozmawiamy w niniejszym artykule.

Problematyka pozyskiwania azotu w zakładach

Zakłady przemysłowe w kontekście pozyskiwania cennego azotu mają możliwość jego zakupu w postaci gazowej lub ciekłej. Nastręcza to niestety sporo problemów związanych z transportem, wysokimi kosztami, a także z brakiem wydajności tego procesu. Niewłaściwy transport i magazynowanie azotu gazowego może spowodować bowiem jego nadprogramowe straty. Co więcej, obsługa obecnego na terenie azotu wymaga dużego zaangażowania i zaawansowanych środków bezpieczeństwa, co generuje następne koszty. Świetnym sposobem rozwiązania wszystkich wymienionych problemów jest inwestycja w generator azotu, który może być obecny na terenie zakładu. 

Generatory azotu 

Generatory azotu są świetną alternatywą dla pozyskiwania azotu zawsze wtedy, gdy jest on potrzebny. Generator wytwarza taką ilość azotu, jaka jest potrzebna w danym momencie. Oznacza to, że nie ma konieczności go magazynowania, co znacznie obniża koszty produkcyjne. Wielkość generatorów umożliwia ich montaż w każdym rodzaju zakładu. Każdy generator azotu składa się z 3 następujących elementów:

sprężarki olejowej lub bezolejowej, która umożliwia sprężanie powietrza,
miejsca uzdatniania powietrza, które zazwyczaj występuje pod postacią filtrów, osuszaczy lub separatorów, 
sekcji separacji membranowej lub adsorpcyjnej, gdzie następuje rozdzielenie tlenu od azotu. 

Dwa podstawowe rodzaje generatorów 

Generatory membranowe - dzięki swoim fizycznym właściwościom włókna membranowe mogą przepuszczać tlen, pozostawiając w swoich pustych strukturach oddzielony azot. Generatory membranowe są korzystne ze względu na wysoki współczynnik uzyskania azotu ze sprężonego powietrza. Co więcej, w celu zachowania skuteczności procesu nie ma konieczności podgrzewania powietrza, a ich żywotność samych generatorów membranowych jest szacowana na czas dłuższy niż 10 lat. Całość determinuje znaczny spadek kosztów uzyskania azotu oraz wydatku energetycznego potrzebnego do jego otrzymania. Zwrot inwestycyjny urządzenia następuje w tym przypadku bardzo szybko. 


Generatory PSA - wyposażone są w węglowe sito molekularne CMS, którego działanie polega na adsorpcji zmiennociśnieniowej. Sprzężone powietrze przenika przez sito CMS, czego następstwem jest oddzielenie tlenu od azotu. Jednorazowa adsorpcja może trwać do momentu całkowitego nasycenia sita molekularnego tlenem. Następnie proces pozyskiwania azotu rozpoczyna się ponownie w sąsiednim zbiorniku, podczas gdy pierwszy ma czas na regenerację i pozbycie się tlenu z sita molekularnego. Dla efektywnego działania generatorów PSA powietrze trafiające do urządzenia powinno być uzdatnione tj. osuszone do temperatury -40°C, a także wstępnie oczyszczone z zanieczyszczeń olejowych. Generatory PSA są przede wszystkim przeznaczone do otrzymywania azotu o wyjątkowo wysokiej czystości. Cechuje je ponadto relatywnie lekka konstrukcja i niewielki rozmiar, co umożliwia ich montaż w praktycznie wszystkich rodzajach pomieszczeń. 

Przykłady zastosowania generatorów azotu 

Większość poniżej przedstawionych zastosowań azotu wymaga ciągłości i pełnej dostępności do azotu. Może to wynikać nie tylko z potrzeby efektywnego przebiegu procesów produkcyjnych, ale także uwarunkowań terenowych tak jak w przypadku górnictwa czy oczyszczalni ścieków. Są bowiem miejsca, w których magazynowanie i przechowywanie zakupionego azotu nie byłoby możliwe lub bardzo kosztowne. W przypadku generatorów azotu jest natomiast możliwy transport. 

Górnictwo - w górnictwie generatory azotu są wykorzystywane przede wszystkim w działaniach prewencji pożarowej. W górnictwie nazywa się je procesami inertyzacyjnymi, co oznacza zastępowanie powietrza kopalnianego gazami obojętnymi. Stosowanie azotu w tym przypadku jest korzystne ze względów ekonomicznych i fizykochemicznych. 


Farmacja - w celu ochrony przed wszelkimi drobnoustrojami lekarstwa w postaci tabletek powlekane są najczęściej ochroną zbudowaną z azotu. W farmacji azot wykorzystuje się także do pakowania tabletek, usuwania tlenu z produktów lub produkowania prefabrykantów. 


Procesy produkcyjne - procesy produkcyjne w przemyśle są prawdopodobnie podstawowym i najobszerniejszym wykorzystaniem azotu na większą skalę. Dzięki azotowi możliwe jest pakowanie produktów, oczyszczanie pieców, wytwarzanie połączeń lutowanych, magazynowanie, a także znacznie więcej działań tego typu.


Zabezpieczenie atmosfery - azot ma właściwości ochronne przed negatywnym wpływem na atmosferę skutków procesów takich jak lutowanie, spawanie, obróbka cieplna czy produkcja elementów sztucznych. 


Przemysł spożywczny - ciekły azot pozwala na szybie zamrożenie produktów spożywczych, nie wpływając na ich zapach, smak lub czy konsystencję. Szybki proces zamrażania zmniejsza prawdopodobieństwo zarażenia bakteriami salmonelli. 


Przemysł elektroniczny - technologia podgrzewanego azotu umożliwia lutowanie na fali zarówno ołowiowe, jak i bezołowiowe. Azot nie tylko poprawia jakość produktu końcowego, ale także obniża koszty produkcji. 


Medycyna - azot wykorzystywany jest do zabiegów z dziedziny stomatologii, dermatologii, krioterapii lub kriochirurgii. Azot może zamrażać także żywe komórki, które po odmrożeniu mogą normalnie funkcjonować. 


Recykling - azot pozwala na kriogeniczne rozdrabnianie produktów podatnych na ciepło. Należy do nich między innymi plastik i opony samochodowe. Ma to niebagatelny wpływ na ochronę środowiska. 

Zalety inwestycji w generatory azotu 

Znacznie mniejsze koszty otrzymywania azotu 
Oszczędność powierzchni w zakładzie 
Uniknięcie strat związanych z magazynowaniem poprzez utratę ciśnienia 
Łatwość w obsłudze generatora 
Zrównoważony rozwój 
Zwiększona niezawodność i rentowność

FAQ

1. Jak nazywa się dziedzina nauki poświęcona badaniami nad zastosowaniem azotu?

Kriotechnika 

2. Jakie parametry decydują o wysokiej jakości wytwornicy azotu? 

Na poziom funkcjonalności generatorów azotu wpływa przede wszystkim ciśnienie i natężenie gazu, jakie może wytworzyć sprężarka wytwornicy. Co więcej, w zależności od planowanego zastosowania wytwornic nie bez znaczenia jest także poziom czystości pozyskanego związku. 

3. Ile kosztuje generator azotu? 

Cena generatorów azotu uzależniona jest od ich poszczególnych rodzajów i poziomu czystości otrzymywanego azotu. Można jednak powiedzieć, że cena wytwornic oscyluje w granicach od kilku do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Wartość inwestycji powinna być adekwatna do wielkości procesów produkcyjnych w celu uniknięcia szybkiej eksploatacji urządzenia.